(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（１２）を有する機械であって前記モータには１つのセンサ（１６）が取り付けられていると共に当該１つのセンサ（１６）から出力される出力信号に基づいて前記モータ（１２）の駆動制御を行う駆動装置（１０）を有する機械の安全な運動監視のための方法において、
前記１つのセンサ（１６）からの出力信号から、第１の実際値として所定の精度を有する標準のセンサ全値と第２の実際値として前記所定の精度未満の大まかな精度を有する冗長な粗位置値とを含んでなる安全なセンサ実際値（３８）を形成し、
当該安全なセンサ実際値（３８）を、モータモジュール（１０'）およびモータ制御部（１０"）を含んでなる少なくとも部分的にフェールセーフ方式で構成された駆動装置（１０）を経て、フェールセーフの制御装置（４０）へと伝達し、そのフェールセーフの制御装置（４０）は前記安全なセンサ実際値（３８）の妥当性を評価するための監視装置（４２）を有していて、当該監視装置（４２）が、前記安全なセンサ実際値（３８）に含まれている前記第１の実際値と前記第２の実際値とを比較して、それらに所定の許容誤差を上回る偏差があった場合には、前記安全なセンサ実際値（３８）の妥当性が損なわれている状態すなわち異例状態が確認されたものとし、その場合には、第１または第２の遮断経路（４６'，４６"）を活性化するための制御信号（４６）を生成し、前記第１の遮断経路および前記第２の遮断経路（４６'，４６"）は、前記フェールセーフの制御装置（４０）からそれぞれ前記駆動装置（１０）内に異なる構成要素として設けられたモータモジュール（１０'）およびモータ制御部（１０"）へと通じており、
前記駆動装置（１０）内の前記モータモジュール（１０'）が、前記監視装置（４２）からの前記制御信号（４６）を、前記第１の遮断経路（４６'）を介して受け取る、若しくは、前記第２の遮断経路（４６"）および前記モータ制御部（１０"）ならびに前記モータ制御部（１０"）と前記モータモジュール（１０'）との間の伝送接続用に設けられている伝送接続（５０）を介して受け取ると、当該制御信号（４６）に従って前記モータモジュール（１０'）が前記モータ（１２）を制御して、当該モータ（１２）を前記異例状態に対応した措置として緊急停止せしめる
ことを特徴とする、運動監視のための方法。
【請求項２】
前記モータ制御部（１０"）内にも、前記監視装置（４２）と同じ機能を有する、他の監視装置（１００）が付設されていて、当該他の監視装置（１００）が、前記安全なセンサ実際値（３８）をフェールセーフの制御装置（４０）の本来の監視装置（４２）に依存せずに検査し、その結果、前記異例状態が確認された場合には、第３の遮断経路（１０２）の活性化のための制御信号を発生し、当該制御信号に従って、前記モータモジュール（１０'）が、前記モータ（１２）を、前記異例状態に対応した措置として緊急停止せしめる
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記安全なセンサ実際値（３８）は、前記センサ（１６）の正弦信号および余弦信号から形成された２つの位置実際値として前記第１および第２の実際値（６２，６４）を含み、前記第２の実際値（６４）が、所定の精度を有する位置実際値を示す前記第１の実際値（６２）に対する粗い精度の冗長な位置実際値としての機能を果たす
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのモータ（１２）と、前記１つのモータ（１２）に取り付けられた１つのセンサ（１６）と、前記１つのモータ（１２）の駆動制御のための、モータモジュール（１０'）およびモータ制御部（１０"）を含んでなる駆動装置（１０）とを有する装置において、
前記センサ（１６）からの出力信号から生成される第１の実際値として所定の精度を有する標準のセンサ全値と第２の実際値として前記所定の精度未満の大まかな精度を有する冗長な粗位置値とを含んでなる安全なセンサ実際値（３８）が前記駆動装置（１０）を経て伝達されるフェールセーフの制御装置（４０）を、さらに備えており、
前記フェールセーフの制御装置（４０）は、前記安全なセンサ実際値（３８）の妥当性を評価するための監視装置（４２）を有しており、
前記監視装置（４２）は、前記安全なセンサ実際値（３８）に含まれている前記第１の実際値と前記第２の実際値とを比較して、それらに所定の許容誤差を上回る偏差があった場合には、前記安全なセンサ実際値（３８）の妥当性が損なわれている状態すなわち異例状態が確認されたものとし、その場合には、第１および第２の遮断経路（４６'，４６"）を活性化するための制御信号（４６）を生成し、
前記第１の遮断経路および前記第２の遮断経路（４６'，４６"）は、フェールセーフの制御装置（４０）からそれぞれ前記駆動装置（１０）内に異なる構成要素として設けられたモータモジュール（１０'）およびモータ制御部（１０"）へと通じており、
前記駆動装置（１０）内の前記モータモジュール（１０'）が前記第１の遮断経路（４６'）を介して前記制御信号（４６）を受け取る、若しくは、前記第２の遮断経路（４６"）および前記モータ制御部（１０"）ならびに前記モータ制御部（１０"）と前記モータモジュール（１０'）との間の伝送接続用に設けられている伝送接続（５０）を介して前記モータモジュール（１０'）が前記制御信号（４６）を受け取ると、当該制御信号（４６）に従って、前記モータモジュール（１０'）が、前記異例状態に対応した措置として前記モータ（１２）を緊急停止する制御を行うように設定されている
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
前記安全なセンサ実際値（３８）を少なくとも前記駆動装置（１０）の中においても監視できるようにするべく、前記駆動装置（１０）の構成要素である前記モータ制御部（１０"）内にも、前記監視装置（４２）と同じ機能を有する、他の監視装置（１００）が設けられていて、当該他の監視装置（１００）が、前記安全なセンサ実際値（３８）をフェールセーフの制御装置（４０）の本来の監視装置（４２）に依存せずに検査し、その検査の結果、前記異例状態が確認された場合には、第３の遮断経路（１０２）の活性化のための制御信号を発生し、当該制御信号に従って、前記モータモジュール（１０'）が、前記モータ（１２）を、前記異例状態に対応した措置として緊急停止するように設定されている
ことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行されるときに請求項１から３の１つに記載の方法を実施可能にする手段を提供するための、コンピュータによって実行可能なプログラムコード命令を有するコンピュータプログラムを格納している
ことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動監視のための方法および対応する装置に関する。運動監視のための方法および装置は公知である。このような監視は一般にセンサシステムであるセンサ装置により行なわれる。
【０００２】
センサ装置は、特に、例えば工作機械や生産機械などのための駆動技術および制御技術における安全性の技術分野において重要である。機械において、モータは、例えば工具の位置および速度または回転速度を変化させるために用いられる。このような位置または速度を検出するためにモータに直接に例えば磁気式または光学式センサシステムが配置されている。例えば光学式センサシステムは、モータと一緒に回転するスリット付きガラス円板を介して光を２つのフォトトランジスタへ送出する発光ダイオードを有する。フォトトランジスタの信号はセンサシステムの出力信号であり、特に正弦状および余弦状である。これらの信号は、少なくとも１つの工具位置実際値がもたらされるように評価されなければならない。更に、位置およびサンプリング時間から工具の回転数または速度も決定することができる。位置目標値は、加工すべき工作物のジオメトリによって予め与えられる。位置調節装置は位置目標値の設定のために位置実際値を使用する。
【０００３】
位置実際値の発生のために正弦曲線および余弦曲線がそのために設けられた電子装置により補間される。アナログディジタル変換器がアナログ信号をディジタル信号に変換し、何番目の正弦曲線もしくは余弦曲線が現在センサシステムから出力されるのかを確認するために、正弦曲線もしくは余弦曲線の零通過回数が求められる。微細な角度検出のために正弦が余弦によって割算され、この値からアークタンゼントが求められる。スリット付きガラス円板が、例えば２０４８個のスリットを有する場合には、モータの１回転当たりに２０４８個の正弦曲線もしくは余弦曲線が得られる。アークタンゼントはもう一度、例えば２０４８個の個別スリットに分解可能である。したがって、モータの１回転当たりに約４００万の可能な情報がもたらされる。
【０００４】
電子装置における場合によっては存在する障害の影響の受けやすさを低減するために、２チャンネルの評価が用意されている。この場合に信号は互いにセンサに依存せずに２つの同様のチャンネルにおいて処理される。一方のチャンネルによって求められた位置実際値が、他方のチャンネルにおいて求められた位置時実際値と比較される。位置実際値が定められた許容誤差内にて一致する場合には、両チャンネルの一方の位置実際値が出力信号として使用される。両チャンネルの位置実際値が互いに一致しない場合には、エラー通報が行なわれる。このような場合には位置調節装置はもはや信頼性をもって動作することができないために機械は全体として停止させられる。
【０００５】
本発明の課題は、簡単かつ確実な運動監視を、これに関する装置および対応する方法の形で提供することにある。
【０００６】
課題の解決のために、センサを有する機械の運動監視のための方法であって、センサ信号がセンサから制御装置へ伝達される方法において、制御装置としてフェールセーフの制御装置が使用される。上記課題は、同様に上記の方法を実施するための手段を有する運動監視のための装置により解決される。特に、このために、モータと、モータのためのまさに１つのセンサと、モータのための駆動装置と、駆動装置に付設されたフェールセーフの制御装置とが設けられていて、センサによって発生可能なセンサ信号が少なくともフェールセーフの制御装置によって処理可能であり、フェールセーフの制御装置がこのために冗長構成の監視装置を有し、冗長構成の監視装置によって第１または第２の遮断経路が作動可能である。
【０００７】
従属請求項は本発明の有利な実施形態に向けられている。
【０００８】
従属請求項において使用される帰属関係は、それぞれの従属請求項の特徴による主請求項の対象の他の構成を示す。それは帰属させられた従属請求項の特徴組み合わせに関する独立した客観的な保護の獲得の放棄として理解すべきでない。更に、請求項の解釈に関して、従属請求項において特徴をより詳細に具象化した場合に、この種の限定はそれぞれにおける先行する請求項には存在しないということから出発すべきである。
【０００９】
本発明の可能な使用分野はプレス制御であり、この場合にプレスは生産機械の一例である。特に１つのみのセンサを有する安全な運動監視は、例えば、特に手動介入時における危険をもたらす運動から機械の操作者を保護するのに役立つ。安全な冗長な速度、回転方向および／または安全な運転停止の監視は重要である。電気軸または電気駆動装置または液圧駆動装置での駆動中における安全な遮断（安全な停止）も重要である。
【００１０】
実際回転数の安全な検出の保証のために、これまではセンサが冗長に設計されていた。これは高いコスト、高められた占有スペースおよび配線費用の結果となる。安全な評価は、監視／評価装置による回転数の安全な評価監視が必要である。この種の装置はこれまで外部の装置であった。これは付加的なプログラミングツールを有する付加的なプログラミングが必要であるという欠点を有する。
【００１１】
本発明にしたがって、既に別方面に使用されている自動化装置に監視もしくは評価を組み込むことが有利である。この自動化装置は、例えば駆動装置の調節のために使用され、あるいはプロセス制御のためにも使用される。
【００１２】
制御課題および／または調節課題のために設けられていて、監視装置として使用可能であるフェールセーフの制御装置に比べて、冗長な制御装置を有するシステムは必要な二重のプログラミングおよび制御装置の同期化の欠点を持つ。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、運動監視が駆動装置において行なわれ、駆動装置が監視装置としての機能も果たす。
【００１４】
監視装置は、例えばフェールセーフのプログラム可能な制御装置（Ｆ−ＳＰＳ）である。更にまた、このようなＦ−ＳＰＳは、他の制御機能、調節機能および監視機能のためにも構成されている。Ｆ−ＳＰＳは、しばしば既に機械内に存在する。Ｆ−ＳＰＳは、付加的に安全な運動監視のために使用される。駆動中における安全な遮断は安全な入出力制御を介して行なわれる。
【００１５】
次の個々のまたは多数の機能も実現されていることが有利である。
実際回転数の安全な検出、
安全化された電送を介するＦ−ＳＰＳへの冗長な実際値の伝達（安全な実際値が異なった課題のために駆動装置において発生させられ、かつ記憶される。）、
高速のエラー応答、
一体化された駆動装置制御における付加的な回転数監視（フェールセーフＨＷ／ＳＷにおけるＦ−ＳＰＳよりも早い応答、駆動装置電送を介する高速遮断）。
【００１６】
本発明および／または本発明実施形態の利点として、特に次がもたらされる。
「一体化された解決策」：付加的な制御または外部の監視装置が不要、
安全ロジックおよび運動監視の統一されたプログラミング、
安全ロジックおよび運動監視の同期、
１つのみのセンサ（Ｓｉｎ／Ｃｏｓ発信器）、
下位に置かれた「高速遮断」。
【００１７】
安全な運動監視のためのシステムは次のように構成されているとよい。
ａ）フェールセーフＳＰＳによるモータ回転数の監視、
ｂ）１つのセンサのみによる実際回転数の安全な検出、
ｃ）フィールドバスを介する実際回転数のフェールセーフの伝送、
ｄ）ＳＰＳ（特にＦ−ＳＰＳ）のフェールセーフの入出力端子を介するモータの安全な遮断。
【００１８】
高速遮断の実現のために駆動装置においてモータ回転数の同時監視が付加的に行なわれるのが有利である。
【００１９】
Ｆ−ＳＰＳが駆動装置内に組み込まれるのが有利である。
【００２０】
少なくとも１つのフェールセーフの入出力装置が駆動装置内に組み込まれるのが有利である。
【００２１】
遮断がフェールセーフの端子を介するのではなくて、フェールセーフの駆動装置電送を介して行なわれるのが有利である。
【００２２】
高速遮断が軸電送を介して行なわれるのが有利である。フェールセーフのシステムのための技術的な前提は、例えば次の規格から得られる。
Ｄｒａｆｔ  ＩＥＣ  ６１８００−５−２
ＩＥＣ／ＥＮ  ６１５０８
【００２３】
例えば欧州特許出願公開第１０４３６４０号明細書から公知であるフェールセーフのコントローラまたは制御装置は、安全上重要なフィールド信号を評価し、エラー時には直接に安全状態に切り換えるか、または安全状態に留めることができる。この能力は、例えば、時間多様性冗長（コード化処理）の原理に基づく。この場合に、安全性指向の演算が２つの異なる手段にて、すなわち（論理的および時間的に）互いに相違する（多様性の）アルゴリズムにて処理され、ＣＰＵサイクルの終端で結果が比較される。相違の場合には両手段の一方においてエラーが生じさせられ、ＣＰＵまたは制御装置が自動的に安全状態に切り換える。付加的にコントローラまたは制御装置が広範囲にわたる特有の診断を使うことができる。シーメンス社の「Ｓｉｍａｔｉｃ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ」は、例えば、加工業および製造業の種々の要求に対して用意されているフェールセーフシステムを提供する。例えば製造技術のために種々の性能範囲のフェールセーフコントローラが存在する。
【００２４】
加工業においては、例えば人、生産装置および環境を保護するのに有効である。このために、例えばフェールセーフの制御装置として、出願人によって「Ｓｉｍａｔｉｃ  Ｓ７−４００ＦＨ」の名称のもとに提供されている制御装置が使用可能である。このような制御は、直ぐに入手可能な制御装置、例えば出願人によって「Ｓｉｍａｔｉｃ  Ｓ７−４００Ｈ」の名称のもとに提供されているような制御装置のＣＰＵに基づいている。システムは、ＣＰＵにおいて経過する安全機能を有するフェールセーフのいわゆるＦ−プログラム（Ｆはフェールセーフを意味する。）と、フェールセーフの信号モジュールとによってフェールセーフとなる。安全性機能のために、エンジニアリングツールの助けによりＦライブラリから機能モジュールを引き出し、相互接続することができる。Ｆライブラリは予め作成されかつ保証所または試験所（例えば、技術監視協会または同業組合）によって検査された基本機能モジュールならびにフェールセーフ周辺装置のためのパラメータツールを含む。周辺装置のために、フェールセーフの周辺装置モジュール、例えば出願人によって「Ｓｉｍａｔｉｃ  ＥＴ  ２００ＭまたはＳｉｍａｔｉｃ  ＥＴ  ２００Ｓ」の名称のもとに提供されているような周辺装置モジュールが使用可能である。このようなフェールセーフの周辺装置モジュールは、Ｆライブラリに含まれているパラメータツールによりパラメータ化されている。全体システムによって含まれる構成要素間における通信は、例えばフィールドバス、特にプロフィバスＤＰを介して行なわれ、フェールセーフのモジュールが、安全性指向用途のためのプロフィバスのプロファイル「ＰｒｏｆｉＳａｆｅ」を介して制御される。プロフィバスのプロファイル「ＰｒｏｆｉＳａｆｅ」は安全なフィールドバスの例である。
【００２５】
本発明の有利な実施形態の例を図面に示し、以下において説明する。
【００２６】
本発明による方法はソフトウェアにて有利に実現することができるので、本発明は、方法のほかに、上述の方法または以下において説明される方法を実現するコンピュータによって実行可能なプログラムコード命令に関する。同様に本発明は、コンピュータによって実行可能なこのようなコンピュータプログラムを有するコンピュータプログラム生産物、特に記憶媒体、例えばディスケット等のデータ媒体にも関する。
【００２７】
出願にともなって提出された特許請求の範囲は、広範囲の特許保護の獲得のための先入観なしに言葉で表現した提案である。出願人は、今のところ説明および／または図面にしか開示していない他の特徴組み合わせを請求することをなおも保留する。
【００２８】
各実施例は本発明の限定として理解すべきではない。むしろ、この開示範囲内において多数の置換や変更が可能であり、特に、このような変形、要素および組み合わせが可能である。これらは、例えば一般的または特別な記述部分に関連して説明し、また請求項および／または図面に含まれている個々の特徴もしくは要素または方法ステップの組み合わせや変形によって専門家にとって課題解決のために取り出すことができ、組み合わせ可能な特徴によって新たな対象または新たの方法ステップもしくは方法ステップシリーズがもたらされる。
【００２９】
以下において、図面に基づいて本発明の実施例を更に詳細に説明する。互いに対応する対象または要素には全ての図において同じ参照符号が付されている。
【００３０】
図１は公知の運動監視装置の第１の実施形態を示し、図２は公知の運動監視装置の第２の実施形態を示し、図３は本発明による運動監視装置を概略図にて示し、図４は本発明による運動監視装置を詳細図にて示し、図５は運動監視装置において処理される値の処理の詳細を示す。
【００３１】
図１は、従来技術において公知の運動監視装置を説明するために、概略的に表示された駆動装置１０を示す。駆動装置１０は機械セットとして、例えばモータ１２を制御する。場合によっては他の機械セットを有するモータ１２は、図示されていない技術的プロセス、例えばプレス制御の構成部分である。
【００３２】
モータ１２は軸１４を駆動し、このやり方で図示されていない工具に作用を及ぼす。モータ１２に関する運動情報の検出のために、第１および第２のセンサ１６，１８が設けられている。両センサ１６，１８は軸１４に付設されていて、運動情報として、例えば軸１４の位置または速度を検出する。各センサ１６，１８は固有の出力信号、つまり第１のセンサ信号２０および第２のセンサ信号２２を供給する。第１のセンサ信号２０は駆動装置１０に供給され、駆動装置１０はフィールドバス２４、例えばプロフィバスを介して第１の制御装置２６と通信可能に接続されている。第１の制御装置２６は第１のセンサ信号２０の本来の評価を引き受ける。第１のセンサ信号２０はこのためにフィールドバス２４を介して駆動装置１０から第１の制御装置２６に伝達される。第１の制御装置２６による第１のセンサ信号２０の検査時に異例状態が確認された場合には、第１の制御装置２６はこれに関する第１の制御信号２８を発生し、第１の制御信号２８はフィールドバス２４を介して駆動装置１０に達する。第１の制御信号２８により、例えば駆動装置１０の制御のもとにモータ１２の高速遮断が行なわれる。第２のセンサ信号２２は第１の制御装置２６に対して冗長的に設けられた第２の制御装置３０によって評価される。第２の制御装置３０が第２のセンサ信号２２に関して異例状態を確認した場合には、第２の制御装置３０が駆動装置１０にこれに関する第２の制御信号３２を伝達する。第２の制御信号３２により、同様に、例えばモータ１２の上述の高速遮断を実行に移すことができる。第１の制御信号２８も第２の制御信号３２も種々の値をとることができ、あるいは多数の第１および第２の制御信号２８，３２を用意することができるので、制御装置２６，３０によって認識された異例状態への種々の応答が可能である。オプションとして、制御装置２６，３０の１つまたは両制御装置２６，３０に入出力装置３４が付設されていて、入出力装置３４により、例えば操作者のために場合によっては異例状態が可視化可能であるとよい。このために、入出力装置３４は、適切なやり方で一方またはそれぞれの制御装置２６，３０と通信可能に接続されている。
【００３３】
図２は、図１の状況に対する代替としてのかつ同様に公知の実施形態を示す。図２による実施形態においても、運動監視がなおも２つのセンサ１６，１８を介して行なわれ、これらのセンサのセンサ信号（第１のセンサ信号２０および第２のセンサ信号２２）の検査が、第１の制御装置２６のほかに設けられた監視装置３６を介して行なわれる。監視装置３６は両センサ信号２０，２２を評価し、センサ信号２０，２２の１つに関して異例状態が存在するかどうかに応じてこれに関する第１または第２の制御信号２８，３２をセットし、セットされた制御信号が駆動装置１０によって評価され、駆動装置１０の制御のもとに、例えばモータ１２の高速遮断が生じさせられる。
【００３４】
図３は本発明による解決策の実施形態を示す。以下において図３における表示に関して図１および図２による実施形態に対する相違点のみを説明する。図１および図２による実施形態と違って、図３による実施形態では１つのみのセンサ、つまり第１のセンサ１６のみが設けられている。この第１のセンサ１６は全体の装置における唯一のセンサであるので、第１のセンサ１６は以下において単にセンサ１６と呼ぶ。
【００３５】
センサ１６は出力信号として安全なセンサ実際値３８を発生する。センサ１６の出力信号は、冗長なセンサ評価が行なわれることによって、安全なセンサ実際値３８としてもたらされる。これは、例えばセンサ１６の正弦信号および余弦信号から位置情報として２つの位置実際値、例えば十分な精度を有する第１の実際値（微細分解有りまたは無しの標準のセンサ全値）および大まかな第２の実際値（冗長な粗位置値）が形成されることを含み得る。この場合に、第１および第２の位置実際値、すなわち標準のセンサ全値および冗長な粗位置値が多様なハードウェアを介して求められる。安全なセンサ実際値３８は、先ず駆動装置１０に導かれ、そこからフェールセーフの制御装置４０として構成されている制御ユニット、例えばフェールセーフのプログラム可能な制御装置に達する。フェールセーフの制御装置４０は駆動装置１０と通信可能にフィールドバス２４を介して接続されている。フィールドバス２４を介して、安全なセンサ位置実際値３８の駆動装置１０からフェールセーフの制御装置４０への伝達も行なわれる。
【００３６】
フェールセーフの制御装置４０は監視装置４２を含む。安全なセンサ位置実際値３８、すなわち、特に標準のセンサ全値および冗長な粗位置値を有するセンサ情報が、フェールセーフの制御装置４０の範囲内において監視装置４２によって妥当性が検査され、エラー時には相応の遮断応答が作動させられる。このために、相応の制御時に制御信号４６を発生するフェールセーフの入出力装置４４が設けられている。制御信号４６は駆動装置１０に達し、そこでその都度の遮断応答を作動させる。
【００３７】
センサ１６から駆動装置１０へのまたは駆動装置１０からフェールセーフの制御装置４０への安全なセンサ実際値３８の伝達時における場合によっては起こり得るエラーの検出のために、センサ１６の正弦信号および余弦信号から上述の如き冗長性のセンサ実際値が発生させられ、そのセンサ実際値の駆動装置１０までの伝達が、例えばいわゆるＤＲＩＶＥ−ＣｌｉＱ接続を介して行なわれる一方で、データ伝送の確保および両制御装置の機能検査のために、いわゆる消息監視およびＣＲＣ検査が行なわれる。監視装置４２は、標準全体位置を冗長な粗位置と比較し、その限りにおいて妥当性検査を行なう。エラー時には内部にていわゆるパルス阻止が作動させられ、制御信号４６が発生させられる。妥当であると認識されたセンサ実際値３８は、更なる処理および／または監視をすることができる。
【００３８】
図４は図３による実施形態の詳細図である。駆動装置１０（図３）は、今やモータモジュール１０’およびこれに通信可能に接続されたモータ制御部１０”の形で示されている。センサ１６に後続接続されて、これまで示されていなかったセンサ評価ユニット４８が示されている。駆動装置１０内には、それの構成要素間、すなわちモータモジュール１０'とモータ制御部１０”との間におけるいわゆるＤＲＩＶＥ−ＣｌｉＱ接続５０を介する通信接続が存在する。このためにモータモジュール１０'もモータ制御部１０”も適切なバスインターフェース５２を有する。ＤＲＩＶＥ−ＣｌｉＱ接続はセンサ評価ユニット４８に対しても存在し、センサ評価ユニット４８はこのために同様にバスインターフェース５２を有する。モータモジュール１０'は診断機能５４および監視機能５６を含み、モータ１２の制御のために、直流電源６０によって給電されるパワー電子装置５８が設けられている。
【００３９】
センサ１６は出力信号として正弦信号および余弦信号を供給する。これから、センサ評価ユニット４８において、位置情報として２つの位置実際値６２，６４が形成される。このために、第１の機能ブロック６６において、第１の位置実際値６２として十分な精度を有する実際値、特に、モータ１２の粗位置および微細位置を表す標準のセンサ全値が形成される。第２の機能ブロック６８においては、冗長な粗位置カウンタによって、冗長な粗位置が第２の位置実際値６４として形成される。両位置実際値６２，６４の組み合わせによって、センサ１６の出力信号から安全なセンサ実際値３８（図３）が形成される。センサ実際値３８は、バスインターフェース５２およびＤＲＩＶＥ−ＣｌｉＱ接続５０により、例えば速度調節または位置調節のためにモータモジュール１０’に伝達されると共に、運動監視のためにモータ制御部１０”に伝達される。センサ評価ユニット４８の範囲内には、第１および第２の機能ブロック６６，６８のほかに、センサ１６から得られた出力信号に関する妥当性検査を行なう第３の機能ブロック７０が設けられている。この妥当性検査は、主として、標準のセンサ全値および／または微細分解と冗長な粗位置値との比較を含み、予め与えられたまたは予め設定可能な許容誤差を上回る偏差の場合には異例状態が存在し、この異例状態は適切な措置、例えば緊急停止またはパルスオフを実行に移させる。
【００４０】
モータ制御部１０”の範囲において、安全なセンサ実際値３８が、第１および第２の位置実際値６２，６４、すなわち標準のセンサ全値もしくは冗長な粗位置値として、第１および第２の機能ユニット７２，７４によって処理される。出願人内部の用語法では、第１の機能ユニット７２が「駆動制御」と呼ばれ、第２の機能ユニット７４が「ＭＣ制御」と呼ばれる。両機能ユニット７２，７４の間にバス接続、特にフィールドバスの形でのバス接続が、例えばいわゆるプロフィバス接続７６が存在する。このために両機能ユニット７２，７４はそれぞれ１つのバスインターフェース７８を有する。第１の機能ユニット７２内においては、両位置実際値６２，６４が取り出され、本発明との関係においてこれ以外には重要でない駆動制御モジュール８０に供給可能である。両位置実際値６２，６４の受け取りによりモータ１２の回転数８２または回転数尺度も検出可能である。バス接続７６を介して第１の機能モジュールから第２の機能モジュールへ、安全なセンサ実際値３８が第１および第２の位置実際値６２，６４の組み合わせの形で回転数８２と一緒に伝達される。第２の機能ユニット７４も、フィールドバス２４（図３参照）の接続のためのバスインターフェース８４を有し、フィールドバス２４を介して安全なセンサ実際値３８および回転数８２がフェールセーフの制御装置４０（図３参照）に伝達可能である。
【００４１】
フェールセーフの制御装置４０は監視装置４２（図３参照）を含み、更に監視装置４２は運動監視のための第１の監視機能ブロック８６と、両位置実際値６２，６４の比較のための第２の監視機能ブロック８８と、安全な状態を要求するための第３の監視機能ブロック９０とを含む。第２の監視機能ブロック８８によって、主として第１および第２の位置実際値６２，６４に関する妥当性が、特に標準のセンサ全値と冗長な粗位置値との比較により行なわれる。第１の監視機能ブロック８６は、緊急停止ボタン、保護ドア等の監視のような安全機能が可能であるように付加的に運動監視を引き受ける。運動監視の安全機能として挙げることができるのは、安全な低減速度、安全な動作停止、停止状態監視付きの安全な停止である。このために必要な入力信号が、すなわち、例えば緊急停止ボタン９２の状態情報が第１の監視機能ブロック８６にフェールセーフ入出力装置４４（図３参照）ならびにそれの評価のために設けられた論理ユニット９４を介して、例えばフェールセーフ制御プログラムの形で供給される。監視装置４２によって異例状態が認識された場合には、これに関する制御信号４６がセットされる。この制御信号４６は、特に「プロフィセーフ（ＰｒｏｆｉＳａｆｅ）」のための協定に基づいて、フェールセーフバス接続９６およびこれの接続のために設けられたバスインターフェース９８を介して、フェールセーフ入出力装置４４に達し、そこにおいて第１および第２の遮断経路４６’，４６”を活性化する。その際に第１および第２の遮断経路４６’，４６”が次の事実に基づいてもたらされる。すなわち、フェールセーフの制御装置４０が、それの誤りに対する安全性のおかげで各機能を冗長な形で実現し、したがって監視装置４２も、例えば多様なハードウェアまたは多様なソフトウェアにより、または多様なハードウェアおよび／またはソフトウェアの混成により冗長に構成されているという事実である。それに応じて、図示の監視装置４２または図示されていない冗長な監視装置のための制御信号がもたらされる。２つの制御信号４６により２つの遮断経路４６’，４６”の活性化も可能である。両監視装置４２、すなわち図示の監視装置４２または図示されていない冗長な監視装置４２が同じ結果をもたらす場合には、両監視装置４２が同じ状態を認識し、異例状態の場合にはそれぞれがこれに関する制御信号をセットする。その際に両遮断経路４６’，４６”の活性化が行なわれる。
【００４２】
両遮断経路４６’，４６”の活性化は必ずしも時間的に同時に行なわれなくてもよい。なぜならば、両監視装置４２の多様な構成に基づいて異なった動特性が生じ得るからである。しかし、この関係において２つの遮断経路４６’，４６”が利用可能になることが重要であり、フェールセーフの制御装置４０の前における機能ユニットの冗長でない構成に基づいて、第１の遮断経路４６’が駆動装置１０（図３）の構成要素としてのモータモジュール１０’に通じ、第２の遮断経路４６”がモータ制御部１０”、特にそれの第１の機能ユニット７２に通じている。したがって、制御信号４６の評価に関して、冗長でない構成要素によっても多様性への要求が満たされる。なぜならば、第１の遮断経路４６’が直接にモータモジュール１０’に作用してそこで適切な処理によってモータ１２の制御のための相応の措置が作動させられる一方で、第２の遮断経路４６”がモータモジュール１０’に依存せずにモータ制御部１０”に作用し、そこからＤＲＩＶＥ−ＣｌｉＱ接続５０を介してモータ１２への依存性のない適切な影響が可能であるからである。
【００４３】
図４に示された有利な実施形態によれば、モータ制御部１０”のためにも他の監視装置１００が設けられている。他の監視装置１００は、それの機能に関して、フェールセーフの制御装置４０の範囲に設けられているような監視装置４２と同一または少なくとも殆ど一致する。したがって、他の監視装置１００の個々の構成要素は以下において改めて説明されていない。他の監視装置１００に関しては、これが第３の遮断経路１０２をもたらすことが重要であり、これに関する制御信号は、バス接続７６を介して先ずモータ制御部１０”の第１の機能ユニット７２に達し、そしてＤＲＩＶＥ−ＣｌｉＱ接続５０を介して最後にモータモジュール１０’に達し、そこにおいて、例えば停止の如きモータ１２への適切な影響をもたらす。
【００４４】
したがって、他の監視装置１００は図４に示された全体構成の冗長でない範囲において設けられているので、確かに付加的なしかしフェールセーフでない監視である。しかし、他の監視装置１００はそれだから有利である。なぜならば、第３の遮断経路１０２が、フェールセーフの制御装置４０の範囲における監視に比べて異なった動的な関係に基づいて、場合によっては高速遮断をもたらし得るからである。他の監視装置１００が異例状態を認識すべきでない場合には、このような異例状態のフェールセーフ処理は依然としてフェールセーフの制御装置４０およびそこの監視装置４２によって保証されている。他の監視装置１００が異例状態を認識したときに、場合によってはそれに対する高速応答が可能である。
【００４５】
モータ制御部１０”内のデータ伝送およびモータ制御部１０”からフェールセーフの制御装置４０へのデータ伝送は、モータ制御部１０”も内部およびフェールセーフの制御装置４０と共に存在する通信接続もフェールセーフに構成されていない場合に、適切な措置によって保護される。例えば、特にいわゆる循環的な冗長検査（ＣＲＣ）の形での安否証明監視またはチェックサム法等である。このやり方でデータ伝送の十分な保護が可能である。データ伝送時に場合によっては起こり得る誤りが即座に認識可能であり、異例状態として処理可能である。
【００４６】
センサ１６に関しては、これが出力信号として、特に正弦信号および余弦信号を、すなわち９０°だけ位相のずれた２つの信号を供給することに注目すべきである。互いに固定の関係にある２つの信号を供給するセンサは、耐障害性に関して２つのセンサと同様にみなすことができる。この関係における他の前提は信号の評価が別個に行なわれることであり、これは、その接続による手がかりによれば、特に図４に関係して前述したのと同様のケースである。
【００４７】
標準の粗位置は、センサ１６によって供給される出力信号またはそれから導き出された信号の零通過のカウントによってもたらされる。冗長な粗位置は、相補信号における相応の零通過の冗長カウントによってもたらされる。その際に冗長な粗位置のために逆のカウント方向が与えられとよい。それによってなおも高められた多様性が生じる。このやり方によって得られる両位置実際値６２，６４が、誤りに対する保護のために、チェックサム、例えばＣＲＣ符号を持たせられるとよい。フェールセーフの制御装置４０の範囲における監視装置４２ならびにそれに対する冗長な監視装置での両位置実際値６２，６４の比較時に、またはモータ制御部１０”における他の監視装置による両位置実際値６２，６４の比較時に、伝達された標準の粗位置は、予め与えられたまたは予め与え得る閾値、例えば±１よりは大きくないだけずれていてもよい。この比較の前に、場合によっては付加的に冗長な粗位置に関する逆のカウント方向が逆算されなければならない。チェックサム、例えばＣＲＣによる保護は、両位置実際値６２，６４の一方、例えば冗長な粗位置に対して、または両位置実際値６２，６４に対して考慮される。
【００４８】
最後に、センサ評価ユニット４８（図４）の範囲における安全なセンサ値３８の形成を図５における表示に基づいて更に説明する。センサ１６の正弦信号および余弦信号が図５において文字ＡおよびＢにより示されている。標準の粗位置の検出についても冗長な粗位置の検出についても、正弦波状の信号Ａ，Ｂから得られた矩形信号Ｋ Ａ，Ｋ Ｂの信号４倍化がいわゆる４エッジ評価によって行なわれる。この場合に、標準の粗位置は第１のカウンタ１０４によって求められ、冗長な粗位置は第２のカウンタ１０６によって求められる。冗長な粗位置は付加的にチェックサム、特にＣＲＣ符号によって保護される。結果としてＣＲＣを有する冗長な粗位置が生じ、これは１つのブロックの形で第１のデータ１０８として表示されていて、第１の位置実際値６２として安全なセンサ実際値３８に影響を及ぼす。
【００４９】
標準の全位置の検出の範囲において、またはその検出に関連して、信号Ａ，Ｂの付加的な検査、例えば第１の振幅監視機能ブロック１１０によるハードウェア振幅監視が行なわれる。第１の振幅監視機能ブロック１１０によって、信号Ａ，Ｂが条件｜Ａ｜＋｜Ｂ｜＞１．４１および｜Ａ｜＋｜Ｂ｜＜１に関して監視される。他の監視がソフトウェア振幅監視の形で第２の振幅監視機能ブロック１１２によって行なわれる。第２の振幅監視機能ブロック１１２では、信号Ａ，Ｂが条件Ａ2＋Ｂ2＝１を満たすかどうかが監視される。これらの検査の１つがそれぞれの基礎をなす条件の違反の結果をもたらし場合には、これに関する第１または第２のエラー信号１１４，１１６が発生させられ、これらは第２の位置実際値６４と一緒に安全なセンサ実際値３８の中に入り込む。
【００５０】
信号Ａ，Ｂのサンプリング（下位サンプリング）によって、高い回転数（高いセンサ周波数）の際に、例えばピークまたは陥没のような短時間の振幅エラーの全てが認識されるわけではない。以下において説明するような重複検査の際に両重複ビット値が予め与えられた閾値だけしか異なっていないにもかかわらず、粗位置が誤りを有する（高すぎるカウントまたは低すぎるカウントがなされる）状態が生じ得る。このために、信号ＡおよびＢの大きさの和に関する外部のハードウェア振幅監視１１０が用意されている。この振幅監視の応答時に第１のエラー信号１１４が発生させられる。
【００５１】
条件Ａ2＋Ｂ2＝１の満足に関するソフトウェア振幅監視１１２によって、断線、「高レベル持続」および「低レベル持続」のようなエラーが認識され、もちろん直接的なセンサエラーも認識される。定められた許容誤差範囲の逸脱時には、条件Ａ2＋Ｂ2＝１の同一の満足が必ずしも要求されないで、第２のエラー信号１１６が発生させられる。
【００５２】
標準の全値は最終的に粗位置および微細位置の合成によって生じる。微細位置は、信号Ａ，Ｂのアナログディジタル変換に基づいて、これらの両信号に対する数学的な演算、例えばアークタンゼント（ｔａｎ-1（Ａ／Ｂ））の如き演算の適用によってもたらされる。この演算または同様の演算のために第４の機能ブロック１１８が設けられている。
【００５３】
粗位置および微細位置の合成の際に微細位置の２つの最大桁ビットが粗位置の２つの最小桁ビットに重なり合う。それにより、標準の全値におけるこれらの２つのビット位置について、１つの値に修正されなければならない２つの値が生じる。動作時間およびサンプリングに起因してこれらの２つの値は予め与えられたまたは予め与え得る閾値、例えば±１だけ異なり得る。微細情報の値が優先権を得る。粗位置、すなわち第１のカウンタ１０４の値は、粗位置および微細位置の合成の前に全位置に対して相応に修正される。この演算または同様の演算のために第５の機能ブロック１２０が設けられている。
【００５４】
予め与えられたまたは予め与え得る閾値よりも大きい偏差の場合には第３のエラー信号１２２が発生させられ、このエラー信号は第２の位置実際値６４に入り込み、したがって安全なセンサ実際値に入り込む。結果として生じる全位置、つまり標準の全位置はデータとして第２のデータ１２４として示され、第２の位置実際値６４のための基礎をなす。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】公知の運動監視装置の第１の実施形態を示すブロック図
【図２】公知の運動監視装置の第２の実施形態を示すブロック図
【図３】本発明による運動監視装置を概略的に示すブロック図
【図４】本発明による運動監視装置を詳細に示すブロック図
【図５】運動監視装置において処理される値の処理の詳細を示すブロック図
【符号の説明】
【００５６】
１０        駆動装置
１０'      モータモジュール
１０”      モータ制御部
１２        モータ
１４        軸
１６        センサ
１８        センサ
２０        センサ信号
２２        センサ信号
２４        フィールドバス
２６        制御装置
２８        制御信号
３０        制御装置
３２        制御信号
３４        入出力装置
３６        監視装置
３８        安全なセンサ実際値
４０        フェールセーフの制御装置
４２        監視装置
４４        フェールセーフ入出力装置
４６        制御信号
４６’      第１の遮断経路
４６”      第２の遮断経路
４８        センサ評価ユニット
５０        ＤＲＩＶＥ−ＣｌｉＱ接続
５２        バスインターフェース
５４        診断機能
５６        監視機能
５８        パワー電子装置
６０        直流電源
６２        第１の位置実際値（標準のセンサ全値）
６４        第２の位置実際値（冗長な粗位置値）
６６        第１の機能ブロック
６８        第２の機能ブロック
７０        第３の機能ブロック
７２        第１の機能ユニット
７４        第２の機能ユニット
７６        フィールドバス（プロフィバス）
７８        バスインターフェース
８０        他の冗長な駆動装置制御モジュール
８２        回転数
８４        バスインターフェース
８６        第１の監視機能ブロック
８８        第２の監視機能ブロック
９０        第３の監視機能ブロック
９２        非常停止ボタン
９４        論理ユニット
９６        フェールセーフバス接続
９８        バスインターフェース
１００      監視装置
１０２      第３の遮断経路
１０４      第１のカウンタ
１０６      第２のカウンタ
１０８      第１のデータ
１１０      第１の振幅監視機能ブロック
１１２      第２の振幅監視機能ブロック
１１４      第１のエラー信号
１１６      第２のエラー信号
１１８      第４の機能ブロック
１２０      第５の機能ブロック
１２２      第３のエラー信号
１２４      第２のデータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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